作者：郭保玲，窦启龙，乔佳，常旭宁，闫松
第一作者单位：北京市燃气集团研究院
摘自《煤气与热力》2021年2月刊
郭保玲，窦启龙，乔佳，等. 全球LNG船运市场及运输船技术发展分析［J］. 煤气与热力，2021，41（2）：B08-B10，B22.
液化天然气具有储存方便、热值高、便于运输、污染少等优点，广泛应用于工业、民用等领域。根据中石油经济技术研究院发布的《2050年世界全球与中国能源展望》，天然气需求将持续增长，2050年全球需求量将达到56 000×108 m3，占一次能源的比重从2015年的23.5%上升到27.6%。由于LNG便于运输，近年来在全球天然气贸易中占比不断增大，2019年全球LNG贸易量达3.547×108 t，比2018年增长13%。随着LNG贸易的不断扩大，LNG运输需求也随之增长。近年来，LNG运输船技术在不断进步，并向着环保、低碳、节能、安全高效的方向发展。本文对全球LNG船运市场及运输船技术发展现状进行分析。
自2012年以来，全球LNG贸易持续活跃。截至2019年底，全球LNG出口国已增至21个，LNG进口国增至42个。亚洲LNG需求引领全球LNG贸易增长，其需求在全球占比达69%，我国LNG进口量与2018年相比增长14%。
2019年，全球LNG贸易量达3.547×108 t，同比增长13%，为2010年以来增幅最大的一年，其中现货和短协贸易量占比达34%，同比增长了19.8%。2008—2019年全球LNG贸易量及增长率（指与上一年度相比的增长率）见图1［1］4。由图1可知，2008—2019年全球贸易量基本呈逐年增长趋势，且增速明显。
图1 2008—2019年全球LNG贸易量及增长率
截至2019年底，全球LNG船队共有601艘船，包括繁忙营运船只、闲置可用船只以及作为浮式储存和再气化单元（FSRU）的FSRU船舶，运营船舶运力达8 610×104 m3，FSRU船舶数量达到37艘。2019年，对于容量为16×104 m3的LNG运输船，平均现货租船费为69 337 美元/d，比2018年降低了19 355 美元/d。
2019年，全球LNG运输船增加44艘，包括4艘FSRU船舶和2艘容量小于5×104 m3运输船，全年新增订单62艘。新建交付量和新建订单以17×104、18×104 m3容量为主，与新巴拿马运河扩建的规模限值相吻合。巴拿马运河自扩建以来发挥了重要作用，美国萨宾帕斯终端（Sabine Pass）的出口船只由巴拿马运河过境只需22 d即可从项目地点抵达亚洲市场，而通过苏伊士运河或好望角过境则需35 d。截至2019年底，全球LNG运输船容量（船型）、数量见表1［1］21。Q-Max型LNG运输船是目前世界上容量最大的LNG运输船，容量约26×104 m3。Q-Flex型LNG运输船容量约21×104 m3。
表1 2019年全球LNG运输船容量、数量
与传统陆上接收站相比，FSRU具有占地面积小、建设期短、灵活性好、调峰能力强、安全性高等特点。随着世界上第一个FSRU——GULF GATEWAY，于2005年5月开始商业运营［2］，FSRU项目的发展拉开了序幕。2005年以前，国际市场的FSRU项目均为LNG运输船改造而成，以Golar LNG公司改造的为主，容量基本在12.5×104~13.7×104 m3。2005年以后，考虑船型设计优化，功能优化，降低能耗等因素，更多船东选择建造新的FSRU项目。
2005—2019年，FSRU船舶容量主要为13.7×104~17.4×104 m3。截至2019年底，世界上共有37艘FSRU船舶投入运营，总货运能力达到570×104 m3。在建7艘，其中4艘于2020年交付使用。FSRU项目已经遍布全球多个国家，主要分布地点为港口基础设施较差或为岛国的南美、中东和东南亚地区。
全球LNG贸易的不断增长带动了LNG运输船的需求，使贸易商、船东更关注大型化、高效、节能环保的LNG运输船。推动了LNG运输船容量、性能、自身燃料消耗、推进系统等关键技术快速发展，以满足市场的需求。
推进系统直接影响着LNG运输船的投资、运营成本、排放、船体体积、船舶可靠性。近10年，随着更加严格的排放规定的实施及更高效引擎需求的增长，LNG运输船推进系统的技术迅速发展并不断革新。
①传统的蒸汽（Steam）推进系统。蒸汽推进系统利用BOG和重油作为双燃料，在锅炉内燃烧产生蒸汽，作为汽轮机动力源。汽轮机推进系统具有单机功率高、安全可靠、维护保养成本低等优点，缺点为热效率低、燃料成本高。蒸汽推进系统在2000年以前是船东的唯一选择。
②双燃料柴油电动（DFDE）推进系统、三燃料柴油电动（TFDE）推进系统。DFDE推进系统可分别通过燃烧柴油、BOG发电，带动电动机做功。与传统的汽轮机相比，DFDE推进系统效率提高了25%~30%。2006年，DFDE推进系统成为替代蒸汽推进系统的首选。
2008年，出现了TFDE推进系统，能够燃烧重油、柴油、天然气，进一步提高了燃料选择性和操作灵活性，并能够在各种速度下优化效率。DFDE、TFDE推进系统的建造成本和维护成本相对较高，2019年交付的采用DFDE、TFDE推进系统的LNG运输船数量为17艘。
③带有蒸发气体再液化装置的低速柴油机（SSDR）推进系统。带有这种推进系统的LNG运输船不燃用BOG进行推进，而是采用消耗重油、船用柴油的传统低速柴油机推进。与BOG作为推进燃料相比，可节约成本。但废气排放量大，在新建订单中不再使用该推进系统。
④双燃料高压低速喷气发动机（ME-GI）推进系统。近年来，为满足现货、短协贸易需求的增长以及LNG贸易的灵活性，出现了双燃料高压低速喷气发动机（ME-GI）。ME-GI为船用低速二冲程双燃料发动机，能够燃用天然气、燃油，天然气和燃油转换灵活。以LNG为主要燃料的ME-GI热效率高，功率范围广，废气排放大幅降低，符合航运业节能减排的发展趋势。
⑤双燃料二冲程低速发动机（XDF）推进系统。2017年，由温特图尔发动机有限公司（WinGD）生产的双燃料二冲程低速发动机（XDF）首次在韩国新建造的LNG运输船上应用。该推进系统主机采用缸内低压喷射技术，无需使用高压压缩机，降低了能量消耗、设备投资和维护成本，可靠耐用，废气排放低。XDF已成为新订单中最受欢迎的推进系统。2016年，中船集团100%控股WinGD。
⑥汽轮机和燃气轮机（STaGE）推进系统。采用STaGE推进系统的LNG运输船于2018年首次亮相，它既可以单独运行汽轮机，也可以同时运行汽轮机、燃气轮机。燃气轮机运行产生的余热被用于为汽轮机制备蒸汽，显著提高了系统效率。连接在汽轮机和燃气轮机上的发电机为推进系统和船舶提供动力。除了效率外，两套推进系统的结合提高了船舶的适应性，使得船上设备更简单，同时减少了排放。汽轮机可利用BOG、重油作为双燃料。
根据IGU（国际气体联盟）报告统计，传统的汽轮机推进系统在服役的LNG船中仍占近50%。但近10年交付的LNG运输船主要以ME-GI、DFDE、TFDE推进系统为主。2018—2019年，交付了8艘STaGE推进系统的LNG运输船。2020、2021年待交付的LNG运输船的推进系统见表2［3］103。由表2可知，2020、2021年交付的LNG运输船的推进系统主要以ME-GI、XDF为主。由此可知，随着船东对安全可靠、节省燃料的LNG运输船需求不断增加，ME-GI、XDF等推进系统将会获得更多订单，进而取代传统的汽轮机和DFDE、TFDE推进系统。
表2 2020、2021年待交付的LNG运输船的推进系统
截至2019年底，已建成的LNG运输船液货舱主要采用薄膜型、独立球型两种LNG液舱储罐。薄膜型液舱储罐占比达71%，独立球型液舱储罐占22%，其他型式液舱储罐占7%［1］21。
采用薄膜型液舱储罐的LNG运输船优劣主要体现在［3］58：优势：有效利用空间，燃料效率高，液舱系统更薄，更轻，总容量大，油耗低，造价低。劣势：不耐受液货晃荡载荷，装载液位受限，恶劣天气条件安全性差。采用独立球型液舱储罐的LNG运输船优劣主要体现在［3］60：优势：建造时间短，恶劣天气条件更安全，耐受液货晃荡载荷。劣势：空间利用率低，冷却时间长，液舱系统厚重，油耗高，造价高。
No.96型、MarkⅢ型是两种典型的薄膜式液舱储罐技术，均由GTT公司设计。两种技术采用的绝热结构和施工方式不同：No.96型的绝热结构为绝热箱，MarkⅢ型的绝热结构由绝热板和刚性绝热材料组成。国内沪东中华造船（集团）有限公司已经成功建造了No.96型薄膜式液舱储罐LNG运输船。采用No.96型薄膜式液舱储罐的LNG运输船无论是在精度控制还是焊接要求方面均比MarkⅢ型要求更高。可以说，掌握了No.96型薄膜式液舱储罐的建造，也就掌握了MarkⅢ型的建造。韩国的KOGAS公司设计了一种新型薄膜系统（KC-1），近年来也进入市场，打破了GTT薄膜技术的垄断地位。
传统的Moss Rosenberg球型液舱储罐技术在20世纪70年代由挪威Moss Rosenberg公司提出，为解决早期薄膜型液舱储罐受液货晃荡力产生泄漏、损伤等问题而开发的。近年来，日本的三菱公司开发的Sayaendo型液舱储罐技术，将球罐拉长成苹果形，提高液舱空间利用率，用菱形船体加以覆盖，以减少风阻。此外，日本IHI设计的SPB型球型液舱储罐技术，船体形状通常为棱柱形，使船体具有更高的空间利用率，但因专利技术保护及高造价，市场上采用该技术建造的LNG运输船并不多。
近年来，挪威LNT公司设计的A-Box棱柱形液舱储罐技术，独立式A型舱为主层屏蔽，并有一层完整的次层屏蔽，主次屏蔽采用不锈钢或9%镍钢，绝热材料采用更轻的聚氨酯板，造价相对较低。罐体形状上较为灵活，货舱容积利用率高。全球首艘A-Box液化天然气运输船——SagaDawn，于2020年4月22日迎来了首航。
①随着LNG需求及贸易的不断增长，全球LNG贸易商对LNG运输船需求也将明显增长。LNG运输船容积也在向大型化发展，如Q-Flex型、Q-Max型。
②LNG运输船推进系统是制约其发展的关键技术之一。由近些年的LNG运输船订单可知，船东的需求集中在节省燃料、高效、可回收BOG的推进系统，此类推进系统技术也是未来发展的方向。随着双燃料二冲程低速发动机（XDF）、双燃料高压低速喷气发动机（ME-GI）技术的成熟，新订单中，主要以此类推进系统的LNG运输船为主。
③LNG运输船液货舱主要以薄膜型、独立球型液舱储罐为主，其中薄膜型液舱储罐性能更优，造价低，受到船东青睐。
［1］GIIGNL. The LNG Industry GIIGNL Annual Report 2020［R］. ［S.l.］：GIIGNL，2020.
［2］郑明非. 利用SWOT分析法对我国浮式储存再气化装置（FSRU）项目的发展解析［J］. 珠江水运，2017（10）：91-94.
［3］IGU. 2020 World LNG Report［R］. ［S.l.］：IGU，2020.
